Почему сферический порошок серебра агломерируется перед спеканием?

Фотоэлектрическая серебряная паста является основным материалом для металлизации электродов солнечных элементов. Серебряный порошок составляет от 701 до 901 тонны на 300 граммов пасты по весу. Это делает его самым дорогим компонентом и единственным наиболее влиятельным фактором на эффективность элемента. Образующийся сферический серебряный порошок имеет тенденцию к сильной агломерации во время сушки. После образования этих агломератов их чрезвычайно трудно разрушить обычными механическими методами. струйная мельница стало ключевым оборудованием для диспергирования агломерированного сферического порошка серебра и контроля распределения частиц по размерам.

Роль сферического серебряного порошка в серебряной пасте PV

Серебряная паста для фотоэлектрических элементов делится на лицевую и обратную стороны, каждая из которых предъявляет совершенно разные требования к серебряному порошку. Лицевая сторона пасты наносится методом трафаретной печати на светоприемную поверхность элемента для формирования тонких линий контактов и шин. Она отвечает за эффективный сбор и проведение фотогенерированных носителей заряда, поэтому требования к точности печати, контактному сопротивлению и электропроводности чрезвычайно высоки. Для лицевой стороны пасты необходимо использовать высокосферический серебряный порошок, поскольку сферические частицы хорошо текут, равномерно распределяются и не оседают во время трафаретной печати. Это обеспечивает четкость линий сетки и плотную проводящую сеть после спекания. Обратная сторона пасты наносится методом трафаретной печати и отвечает за сбор тока на больших площадях и адгезию. Требования к ее проводимости относительно ниже, и в качестве основного компонента обычно используется чешуйчатый серебряный порошок, смешанный с небольшим количеством сферического серебряного порошка для улучшения текучести.

С точки зрения рыночных данных, сферический серебряный порошок в настоящее время занимает более 951 тыс. тонн на рынке серебряного порошка для фотоэлектрических систем и является обязательным выбором для массового производства как PERC, так и TOPCon ячеек. Мировое потребление серебра для фотоэлектрических систем достигло 6146 тонн в 2024 году, что составляет 171 тыс. тонн от общего спроса на серебро, и, по прогнозам, вырастет до 7560 тонн в 2025 году. Каждый гигаватт установленной фотоэлектрической установки потребляет приблизительно 70 тонн серебра. По мере роста мировых мощностей фотоэлектрической энергетики параллельно растет и спрос на высококачественный сферический серебряный порошок.

Агломерация: основная проблема в производстве сферического серебряного порошка.

Основной метод получения сферического серебряного порошка — химическое восстановление, при котором размер частиц контролируется путем регулирования pH, скорости капельного внесения восстановителя и дозировки диспергирующего агента. Этот метод прост в эксплуатации, обеспечивает хорошую управляемость и остается основным процессом получения кристаллического серебряного порошка для кремниевых ячеек. Однако серебряный порошок, полученный химическим восстановлением, обычно имеет размер частиц в микронном или даже субмикронном диапазоне, с высокой удельной поверхностью и высокой поверхностной энергией. В процессе сушки частицы легко агломерируются. Эта агломерация представляет собой не просто физическое скопление, а плотные агломераты, образованные за счет сил Ван дер Ваальса и взаимодействия поверхностных зарядов. После образования эти агломераты очень трудно полностью диспергировать с помощью обычного механического перемешивания или ультразвуковых методов.

Если агломерированный серебряный порошок используется непосредственно для приготовления серебряной пасты, возникает ряд проблем. Распределение частиц по размерам расширяется, и крупные частицы могут блокировать отверстия сетки трафаретной печати, вызывая разрывы линий сетки или заусенцы. Серебряный порошок быстрее оседает в органическом связующем веществе, снижая стабильность пасты при хранении. Во время спекания частицы внутри агломератов не сплавляются должным образом, оставляя пустоты или дефекты в проводящей сети, что повышает контактное сопротивление и в конечном итоге снижает эффективность преобразования ячейки. Поэтому серебряный порошок должен пройти эффективную дисперсию перед добавлением в состав пасты.

Принцип работы струйной фрезеровки и её технические преимущества.

Струйная мельница использует газ высокого давления и высокой скорости в качестве единственной силы измельчения. Частицы материала приводятся в движение высокоскоростным потоком газа и подвергаются высокочастотным столкновениям, трению и сдвигу. Этот процесс разрушает агломераты и обеспечивает сверхтонкое измельчение. Встроенное динамическое классификационное колесо выполняет классификацию одновременно. Крупные частицы возвращаются для дальнейшего измельчения, в то время как мелкие частицы проходят через классификационное колесо и выходят, обеспечивая узкое распределение частиц по размерам за один этап.

Струйное измельчение обеспечивает три ключевых преимущества для диспергирования сферического серебряного порошка. С точки зрения чистоты, весь процесс не включает в себя использование измельчающих сред, что исключает загрязнение металлами на этапе производства. Это критически важно для серебряного порошка, получаемого с лицевой стороны, который требует сверхвысокой чистоты со строгим контролем примесей свинца, железа и меди. С точки зрения сферичности, струйное измельчение обеспечивает диспергирование за счет самостолкновения частиц. Оно наносит гораздо меньше повреждений сферической морфологии, чем другие методы механического измельчения. Диспергированный серебряный порошок сохраняет высокую сферичность. С точки зрения контроля размера частиц, путем регулирования давления в сопле, скорости вращения классификационного колеса и скорости подачи, значение D50 может точно контролироваться в целевом диапазоне с узким распределением, что соответствует строгим требованиям к серебряной пасте PV.

В европейском патенте EP4516432A1 описан способ производства серебряного порошка, в котором на этапе измельчения используется столкновение частиц для одновременного уменьшения неровностей поверхности серебряных частиц, что приводит к сглаживанию поверхности. Серебряный порошок со сглаженной поверхностью лучше текучий, имеет более высокую насыпную плотность и демонстрирует лучшую дисперсионную стабильность в органических средах. После обработки в струйной мельнице насыпная плотность серебряного порошка может достигать более 4,0 г/см³, а у премиальных продуктов она составляет от 4,2 до 5,0 г/см³. Более высокая насыпная плотность означает больше активного проводящего материала на единицу объема, что приводит к более плотным спеченным толстым пленкам и более низкому сопротивлению.

Защита инертными газами и замкнутый цикл обработки

Столкновение порошка серебра с высокой скоростью в воздухе несет в себе риск окисления. Поверхностные оксидные слои значительно снижают спекающую активность и электрические характеристики порошка. Эпический порошок Предлагается решение с замкнутым контуром защиты инертным газом для обработки порошков драгоценных металлов. Вся система струйной мельницы работает в герметичном состоянии, используя азот или аргон в качестве измельчающей среды, при этом содержание кислорода контролируется на чрезвычайно низком уровне, что эффективно предотвращает окисление поверхности серебра. Конструкция с замкнутым контуром также обеспечивает нулевой выброс пыли, защищая рабочую среду и предотвращая потерю ценного металлического материала.

В условиях инертного газа образование оксидного слоя на поверхности частиц серебра подавляется, что сохраняет активность спекания. Это особенно важно для ячеек N-типа. В ячейках TOPCon и HJT используются пассивированные контактные структуры и низкотемпературные процессы спекания, при этом температура спекания на 200–300 градусов ниже, чем в обычных PERC-ячейках. Это предъявляет более высокие требования к активности спекания серебряного порошка. Если на поверхности серебра присутствует оксидный слой, порошок не может полностью сплавиться во время низкотемпературного спекания, и контактное сопротивление заметно возрастает. Струйное измельчение в инертном газе устраняет этот риск на начальном этапе.

Выбор оборудования: основные параметры для технического персонала.

При выборе оборудования для диспергирования серебряного порошка технический персонал должен учитывать несколько ключевых параметров. Давление в сопле определяет кинетическую энергию столкновения частиц и напрямую влияет на разрушение агломератов. Для диспергирования серебряного порошка обычно требуется рабочее давление от 0,4 до 0,8 МПа. Скорость вращения классификационного колеса контролирует точку разделения частиц по размеру: более высокая скорость обеспечивает более мелкую фракцию, а требуемый диапазон скоростей следует рассчитывать исходя из целевых значений D50 и D97. Материал камеры измельчения должен быть керамическим или иметь футеровку из полиуретана или аналогичных неметаллических материалов, чтобы предотвратить попадание железа, хрома и других примесей на стенки камеры во время столкновений. Степень очистки газа влияет на чистоту продукта: сжатый воздух или инертный газ должны проходить через прецизионные фильтры с контролируемым содержанием масла ниже 0,01 ppm и фильтрацией пыли до 0,01 микрометра.

Для замкнутых систем с инертным газом необходимо также проверить герметичность системы рекуперации и циркуляции газа. Точность контроля кислорода должна достигать уровня ppm, с непрерывным мониторингом концентрации кислорода в камере во время работы и автоматическим пополнением и продувкой газом, если его концентрация превышает пороговое значение. Расход газа напрямую влияет на эксплуатационные расходы. Типичный расход газа для диспергирования порошка серебра составляет около 30–50 Нм³ на тонну материала. Конструкция оборудования должна максимально повысить эффективность циркуляции для уменьшения объема подпитки инертным газом.

Решение Epic Powder Jet Mill и тестирование материалов

Эпический порошок Воздушно-струйная мельница с псевдоожиженным слоем Данная модель подходит для диспергирования порошка серебра. Оборудование обеспечивает регулируемый диапазон D50 от 1 до 25 микрометров и D97 от 2 до 45 микрометров, обеспечивая низкотемпературное измельчение без использования абразивных материалов, герметичную беспыльную работу и узкое распределение частиц по размерам. Оно подходит для термочувствительных, склонных к загрязнению и дорогостоящих материалов. Множество противоположно расположенных форсунок создают зону столкновения высокой концентрации в центре псевдоожиженного слоя, обеспечивая высокую эффективность измельчения при низком энергопотреблении. Встроенное высокоэффективное классификационное колесо обеспечивает точное разделение частиц по размерам с хорошей воспроизводимостью.

Epic Powder has mature experience in precious metal powder processing. We provide closed-loop inert gas processes capable of safe, oxidation-free processing of silver, platinum, and other precious metal powders. After equipment delivery, Epic Powder provides installation, commissioning, and operator training to ensure production line personnel can handle inert gas purging, particle size adjustment, and routine maintenance.

Технические требования к серебряному порошку в серебряной пасте на основе фотоэлектрического преобразователя.

Факторы, влияющие на производственные мощности и стоимость для покупателей.

Выбор оборудования зависит не только от технических характеристик, но и от соответствия производительности и стоимости. Производительность струйной мельницы зависит от характеристик материала и целевого размера частиц. Для диспергирования серебряного порошка производительность обычно составляет от 5 до 50 кг в час, в зависимости от размера оборудования и точности классификации. Покупателям следует рассчитывать необходимую производительность оборудования, исходя из суточного потребления серебряного порошка на линии по производству пасты, оставляя запас в 201–301 тонну на случай колебаний производства.

Эксплуатационные расходы в основном состоят из потребления энергии газа и использования инертного газа. В замкнутой системе инертный газ рециркулируется, при этом объем подпитки обычно составляет от 51 до 101 тонны от общего объема газа в системе, что позволяет поддерживать затраты на пополнение азота на приемлемом уровне. Основными изнашивающимися деталями являются форсунки и классификационные колеса. Срок службы керамических форсунок составляет приблизительно от 2000 до 3000 часов. Износ лопастей классификационного колеса зависит от твердости материала; серебряный порошок имеет низкую твердость по шкале Мооса, поэтому износ относительно медленный, а интервалы между техническим обслуживанием больше.

Часто задаваемые вопросы

Влияет ли струйное измельчение на сферическую форму серебряного порошка?

Струйное измельчение обеспечивает диспергирование за счет межчастичных столкновений без сжатия и трения измельчающих тел, поэтому повреждение сферической морфологии минимально. Сферичность диспергированного порошка серебра может поддерживаться выше 0,9.

Будет ли серебряный порошок окисляться в процессе обработки в струйной мельнице?

Благодаря системе защиты с замкнутым контуром инертного газа, использующей азот или аргон в качестве газовой среды, содержание кислорода в системе поддерживается на чрезвычайно низком уровне. Риск окисления поверхности серебра очень низок, и активность спекания сохраняется.

Какая послепродажная поддержка предоставляется после доставки оборудования?

Эпический порошок Компания предоставляет услуги по установке, вводу в эксплуатацию, обучению операторов и удаленной технической поддержке. Персонал производственной линии изучает продувку инертным газом, регулировку размера частиц и плановое техническое обслуживание. Изнашиваемые детали, такие как керамические форсунки и лопасти классификационного колеса, имеются в наличии для быстрой отгрузки.

Для получения информации о решениях по диспергированию серебряного порошка, тестировании материалов или расценках на оборудование посетите сайт. www.jet-mills.com связаться с технической командой Epic Powder.

Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете свяжитесь с EPIC Представитель по работе с клиентами Powder Online Зельда для любых дальнейших запросов».

— Джейсон Ван, Инженер